电视技术的发展已经经过了大约半个世纪,其中从黑白模拟电视向彩色模拟电视的过渡,是电视技术的一项重大革新。但是原有的50Hz扫描方案,始终存在着画面闪烁的缺陷。在世纪之交,电视技术领域刮起了一股强烈的变革之风,1OOHz、逐行扫描技术B渐成熟,电视画面的闪烁缺陷得以解决。而现在刚掀起的平板风暴更是盛况空前。原有模拟电视的采集、发射、接收、解调方案,还存在着画面分辨率不足的毛病,特别是和电脑的显示屏相对比时,这一缺陷尤其突出。为了解决这一缺陷,各大电视研究机构都纷纷出台数字电视方案,其中美国、日本、欧洲EL经有比较成熟的方案。但是这些方案的成本普遍较高,还不可能使大多数人接受,也就是说数字电视技术,在短时期内,不可能走入寻常百姓家。
所以这里我们开发的项目--创维数字高清晰度液晶电视,实际是由模拟电视发展过来的全新产品。下图是前面三代电视机的发展历程。我们现在探讨的就是过渡产品里面的一个类型。
真正意义上的数字电视是从电视节目源的采集、制作、编辑、播出、传输、接收的全过程都采用数字技术。目前电视领域的发展状况是:电视节目从采集到发射的全过程,大部分环节都实现了数字化,但在某些环节上,比如有线电视传输和用户接收,基本上是采用模拟技术,所以电视接收机的局部数字化处理在一定时间内有其存在的必要性。
传统的电视机芯方案,一般至少需要一颗CPU和一个解码器组成,而超级单片方案是CPU和解码器合二为一的一个集成芯片,它具有集成度高,机芯工艺简单,受外部干扰少,整体机芯成本较低等优点。我们所采用的PWlO6B就属于超级单片方案。
PWlO6B是一个包含ADC(模/数转化)、视频解码、MCU控制器、图像处理、图文电视处理的超级单片。它是世界平板电视方案鼻祖--美国Pixelworks公司研制的全数字电视处理超级单片。所谓全数字,是指数字化处理,在这里是指射频电视信号经过高频和中频处理后,解调出全电视信号和音频信号,经过PWlO6B的ADC采样、量化处理后,变成数字信号,数字信号经过单片的图像处理,最后分离出行、场同步信号和R、G、B三色信号的过程。而行、场扫描电路和R、G、B三色信号的放大推动电路是采用常规的模拟信号处理方案。如下图所示。
我们采用PWlO6B超级单片电视机芯片方案作为我们开发数字化高清晰度电视的平台,主要基于其以下优点: (1)它对视频基带信号进行数字化处理、使ADC、MCU 和解码合而为一,这有利于提高电视图像质量,减少干扰,使电视生产工艺简化。
(2)真正的 1Obit处理,运行能力、数据读取速度大大提高。
(3)高清、标清白适应。
(4)加强了的3D解码、3D 降嗓处理。
(5)强大的 OSD 引擎,256 色,支持位图式操作。
PW1O6B单片是一颗针对液晶电视、等离子电视、背投电视及高端CRT 电视而设计的单通道芯片,采用 548脚的 HSBGA封装。我们选择这颗集成度芯片考虑了以下几个关键因素:
(1 )成本的优势。由于集成度高,不需要传统的外挂芯片,如解码芯片(如VPC3230)、隔行处理芯片 (如 PW1231 )、ADC 芯片(如AD9880)等,很大程度上节约了数字板的成本,在电视行业竞争激烈的今天,微利状况让成本显得尤其重要。
( 2 )高清效果好。商场的电视,展现给消费者最突出的是其高清画面。 PWlO6前端ADC工作频率达到了 l70MHz,即使是40MHz 的高清信号,以其4倍的采样频率 l60MHz依然满足,且PWlO6B 内部采用 l0bit的处理方式,16位CPU 的处理速度,大大加快了一个周期内指令的处理速度,这些因素增加了高清信号清晰度、图像细腻度,其内部 DNX(Digital Natural Ex-pression)的处理模块,动态的提高了图像质量,使图像更接近自然颜色,景深也有所提升。所以,用高清信号源的 lO80i 或 720P的信号输入,在商场里作演示,对消费者来说,无疑是一种极大的诱惑。
( 3 )软件的工作量。一个项目的开发速度,很大程度上受软件开发进度的影响,由于PWlO6B芯片的集成,所有关键模块的软件实现都体现在驱动中,所有的寄存器读写也都体现在驱动中,API 函数的可靠而完善,让我们把更多精力放在软件上层的实现和后期生产的软件平台和维护,一定程度上解放了软件设计师,开发速度也大大提高。
电路模块原理图实现分析
一个电视接收机项目设计成功与否,除了要考虑图像效果、选择适合的芯片外,合理的电路布局、性价比高的元器件选择、可靠性的研究都是很关键的因素。
我们所开发的8P1O为高清晰度液晶彩电,场频则有60Hz逐行和1OOHz两种模式。是考虑到以下的因素:由于接收机接受到的电视信号是50Hz的隔行信号,存在行间闪烁、大面积闪烁,为消除闪烁现象,采用变隔行为逐行扫描的“倍行技术”,和变场频50Hz为1OOHz的所谓“倍场技术”。
倍行技术
采用具有相应参数的行输出变压器,对数字电视图像信号利用行插法,将每场的行数增加一倍,但需要在接收机中相应改变行扫描电视的参数,这样图像信号由隔行50Hz变为逐行50Hz,但由于50Hz的信号,根据人眼的“滞留时间”,仍会有闪炼感,所以我们利用帧存储器,每五帧图像插入一帧图像,由50P转为60P,消除“大面积闪烁现象”。
倍场技术
为消除闪烁,我们也采用了另一种线性变换方式:场频由50Hz变为lOOHz的倍场技术。市场上所谓lOOHz无闪烁电视机即是采用上述倍场技术实现的。它需要50Hz/lOOHz变换器,才能显示出具有lOOHz无闪烁的电视图像。
8P10电路模块图
(1)JK1与JK2是主板与数字板连接的接口,共64个管脚,完成数宇板的供电、视频信号的传输、声音通道、IR等基本功能。
(2)VGA通道,R、G、B及行同步、场同步信号直接进入PW1O6B模拟端口;视频信号以及YUV信号,从底板过来后,也直接进入PW1O6B的模拟端口;USB信号进入USB驱动小板后,我们采用的是AMlogIC公司的USB方案(该方案为电视机增加了一个极为方便的数字接口,通过该接口,我们可以将带有USB标准接口的移动存储器、媒体播放器、数码相机或摄像机等,与电视进行连接,将图片、歌曲或者视频影像通过电视屏幕进行播放,而且可以进行快进、暂停等播放控制,极大的方便了用户),USB输出采用YPbPr电路接口连至PWlO6的模拟口。
(3)Flash:为增加OSD菜单的美观效果,我们导入了一些图片来美化界面,相应增加了程序的大小,所以我们采用了AMD公司16MB的FlashROM来扩大存储空间。
(4)DDR:由于PW1O6B内部不携带RAM,所有的变量都需要保存在外挂SDRAM里,另外,还要完成OSD数据、帧缓冲、3D、去交错处理等数据的存储,大小为32MB。
(5)PVVlO6B:模拟信号进入PWlO6B后,经ADC采样、量化,然后经3D解码,输出R、G、B分量信号,由于去交错处理、scaler等通道均为YUV处理,所以,要作RGB到YUV格式的转换,PW1O6内嵌入了一个色空间转化器。在输入端,可以将RGBPC(0-255),RGBCVBS(16-235)等格式信号转换为YUV601格式。然后YUV信号经去交错处理、scaler与SDRAM一起完成隔行变逐行、帧频转换(5OHz的信号通过“帧插入”的方法,转为60Hz或1OOHz)、行频规一(不同格式信号行频不同,但受扫描输出电路限制,只能输出固定行频信号,所以需要通过scaler来作行频规一)的功能,之后进入图像增强模块(实现如边缘处理、运动检测、颜色提升、亮度提升等功能),完成图像效果处理后,与OSD菜单叠加后输出。
整体电路
上图为项目整体电路。其中Y/Pb/Pr端口不但可以接收逐行DVD信号,还可以接受1O80i/60Hz,1O80i/50Hz,720P、1O80P等高清电视信号;VGA接口同样可以支持高清电视信号,最高还可以支持SXGA(1280×lO24)电脑信号。
伴音部份从高频头输出及AV1、HDTV输出的伴音信号,HDMI与USB输出的声音经Pl5V33O切换出一路,与AV2再经P15V33O切因换出一路,共四路声音输入信号到JN1144进行音量控制、高低音、平衡处理,然后进入TRUBASS或WOW小板进行重底音提升(TRUBASS),最后送入TDA2616伴音功放。
图像部份1.电视信号经高频头(高放、混频、中放)后检波输出全电视信号,送到数字板。AV1,AV2(S-AV与AV2共用一个端子,通过I0切换)端子也经过射随等外围电路送到数字板。
2,我们也设计了一路AV输出(AVout),用来输出当前视频信号(AV1、AV2、TV、S-AV),视频信号在进入PVVlO6前,会切换出一路,作为监视器输出。
3.DTV、VGA、HDMI、USB信号也进入数字板进行相应的处理。
4,信号经PVVlO6B数字处理输出后,由LVDS信号传输方式传输到液晶屏幕上,最终把电视信号在屏幕上重现出一幅电视图像。
本方案对模拟信号进行数字化处理,同时可接受高清信号和纯数字信号(如HDMI信号和基于USB的流媒体等)。随着电视技术的飞速发展,该产品担当了一个过渡产品的角色,真正的数字电视接收机和多媒体网络电视(IPTV)及移动电视时代已经来临,但还要依赖于成熟技术的全面支持。